盐通高速排水性沥青混合料目标配合比设计方案

1、盐通高速排水性沥青混合料目标配合比设计方案排水性沥青路面应用技术研究?课题组2005年 8月 8日盐通高速排水性沥青路面目标配合比设计方案根据江苏省高速公路建设指挥部有关文件要求，盐通高速公路南通YT-NT22 合同标单幅上海一连云港修筑排水性沥青路面，交通部公路科学研究所、东南 大学及日本大有建设株式会社中央研究所按省高指要求进行了目标配合比设计。 现将情况汇报如下。一、原材料原材料主要有粗集料、细集料、矿粉和高粘度改性沥青四种材料。玄武岩碎石分为1 #料10m叶15mm和2 #料5mmr 10mm两种规格；经过不同类型细集料的性能比照实验，结合江苏省工程应用经验与材料料源 情况，细集料4#

2、料采用玄武岩机制砂；矿粉为石灰岩矿粉，并考虑用局部消石灰代替矿粉。排水性沥青路面要求采用高粘度改性沥青， 通过试验性能试验，并考虑性能 价格比因素，确定采用日本三菱产70#沥青+ TPS改性剂比例为12:88和SBS 改性沥青+ TPS改性剂比例为8: 92两种方案，其中采用第一种高粘度改性沥 青方案修筑10k m排水性沥青路面，第二种高粘度改性沥青方案修筑6.685km排水性沥青路面。下面为各种原材料性能检验结果。1.粗集料粗集料试验结果试验工程单位测试值标准压碎值%10.5 20洛杉矶磨耗损失量1#%11.1 252#%15.2 2.602#g/cm32.978 2.60吸水率1#%0.8

3、65 2.02#%0.964 4SBS+8%TPS570#+12%TPS5SK5巩固性试验%2.5 12针片状含量1#%3.0 102#%6.2 10水洗法0.075mm颗粒人曰-含量1#%0.3 12#%0.3 1软石含量1#%1.8 22#% 1.3 42破碎情况%有1个破碎面的含量100 100有2个破碎面的含量99.1 902.细集料细集料性能试验结果试验工程机制砂技术指标要求视密度g/cm32.951 2.50砂当量 %73.5 60含泥量v 0.075mm含量 =- 2.50含水量%0.44 1外观无团粒结块无团粒结块亲水系数0.55 1塑性指数3.2 40软化点C88.987.4

4、 80延度15 cm78.2P 100 50延度(5C)cm33.741.7 20弹性恢复25 C%9998P 85密度15Ckg/cm1.02:1.028实测RTFOT式验残留物质量变化率%-0.030.01 65延度5 CCm22.5:22.7 15粘韧性25 CN.m23.122.1 20粘结力25 CN.m19.018.6r 1560 C动力粘度Pa.s1436233701435000闪点C330320P 260弗拉斯脆点C-15.3-9.5运动粘度170 CmPa.s901426 48低温柔性(-20 C ,2h绕 10mm棒)脆裂5条无裂缝无裂纹耐热性(160 C ,30min)滑

5、动滑动无涂膜无流淌 不起泡粘结强度20 C MPa0.50.630.71 0.5延伸率20 C%28431173006 800不透水性不透水不透水不透水不透水抗剪强度(20 C )MPa0.480.361.75 1.2 (25 C )(40 C)0.070.050.62 0.4 (50 C )(模拟20 C)MPa1.931.951.81 1.2 (25 C )2.59(模拟40 C)0.610.660.61 0.4 (50 C )0.69拉拔强度(20 C )MPa1.281.051.12 0.5 (25 C )(40 C)0.470.320.41 0.2 (50 C )(模拟20 C)MP

6、a0.740.540.48 0.5 (25 C )0.83(模拟40 C)0.060.150.1 0.2 (50 C )0.24低温冻融柔性-20 C各 2h什20 C无无无涂膜无裂纹开裂后存在性0C无无较少20 C较少较少多40 C较少极少少60 C较少无极少粘轮情况50 C ,10次粘粘防水膜粘起涂膜枯燥时间表干3d2h不粘手实干5天12h无粘着根据试验结果可见：1不同材料防水性能不具有显著差异，但在实验室条件下改性热沥青成膜质 量不易控制，因此只有实际施工时能准确控制撒布量、且均匀撒布条件下才考虑 使用；2粘结强度和拉拔强度不具有显著差异；使用实际沥青混合料即表中模拟抗剪试验的抗剪强度不

7、具有显著差异，但与非模拟状态材料的数据差距较大；3在延伸率方面，FYT防水材料要好于改性乳化沥青，这也在开裂后防水 粘结层的存在性检验中得到验证；450 C时存在粘轮现象，其中FYT粘结较严重，此问题将直接影响施工；室内试验结果说明，FYT防水涂料与改性乳化沥青都有用于防水粘结层的可 能性，考虑到施工特性的差异，需要现场对两种材料进行了性能比照试验，根据现场实际性能来最后选定防水粘结层材料。三、推荐配合比根据排水性沥青混合料的配合比设计方法，进行了本工程的目标配合比设 计，同时比拟了不同设计方案的性能差异， 包括考虑不同类型细集料、不同比例 的粗集料、掺加与不掺消石灰等方案，目的是确定目标配合

8、比的最优设计方案， 具体过程及有关数据可见附件，下面为设计结果。1.推荐配比与合成级配排水沥青混合料目标配合比 材料1#2#砂矿粉油石比比例55301054.6合成级配级配号各级粒径累计通过百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075V1100.090.051.718.314.210.58.36.85.94.72性能对上述配比方案的排水性沥青混合料进行性能检验，结果见下表。根据试验结果可知，本目标配合比设计方案得到的排水性沥青混合料完全满足相应技术要 求。排水沥青混合料目标配比的性能检验工程SBS+8%TPS70#+12%TPS技术要求油石比,%4.74.6析

9、漏率,%0.660.82 0.15马歇尔强度,KN6.845.31 4.0浸水马歇尔强度,KN6.404.66残留稳定度93.687.7 80劈裂强度，MPa0.5930.557冻融劈裂强度，MPa0.5500.476TSR,%92.885.4 70标准飞散损失，6.519.8 20浸水飞散损失，7.422.2 4500四、材料数量估算根据上述确定的排水性沥青混合料目标配合比，计算主要工程材料数量如下表，路面宽度按单幅15.02m,厚度为4cm。沥青面层主要材料数量表单位：吨材料类型70# + TPS 段 长度10kmSBS+TPS段 长度 6.685km合计1 #6792.04536.111

10、328.22 #3704.72474.36179.0玄武岩机制砂1234.9824.82059.7矿粉617.5412.41029.8沥青568.1387.6955.7基质沥青499.9356.6TPS68.231.099.2说明油石比4.6%,混合料密度 2.15g/cm3油石比4.7%，混合料密度2.15g/cm3注：计算未考虑加减速车道加宽因素和各环节的损耗。附件：盐通高速排水性沥青路面配合比设计资料1.目标配合比设计方法配合设计步骤如下：检验原材料的技术指标；在推荐的级配范围，根据 期望的目标空隙率试配三种配比方案，使2.36mm筛孔通过率在中值范围3%内； 利用理论计算法，根据沥青膜

11、厚度和集料外表积预估沥青用量， 不同沥青按不 同膜厚计算；击实成型 MASHALL试件与车辙试件，检验体积指标，主要是 空隙率能否到达目标空隙率的要求；如果到达要求后再按0.5%，1%变化沥青用量，分别进行析漏试验、飞散试验确定根据最正确沥青用量， 通常以沥青析漏 试验的反弯点作为最正确沥青用量， 而且析漏量一般不超过0.8%烧杯法，在此范 围内再参照马歇尔试验的结果，选择适宜的沥青用量作为最正确沥青用量； 最后 以混合料性能试验进行验证配合比设计要求见下表，包括排水性能、抗水损坏 性能、飞散试验与车辙试验等。排水性混合料集料级配范围NMAS=13.2mm筛孔尺寸mm通过率%16.010013

12、.285 1009.530 604.7510 302.369201.187170.66140.35120.15490.07537排水性沥青混合料设计技术要求试验工程单位技术要求备注MASHALL试件击实次数次双面50空隙率%20 22稳定度kN 4.0析漏损失% 0.8飞散损失% 4500残留马歇尔稳定度% 80冻融劈裂试验残留稳定度% 70浸水飞散损失% 0.15渗水量ml/15s 9002.不同类型细集料的试验结果为优化排水性沥青混合料目标配合比设计方案，对玄武岩机制砂、石灰岩机制砂和天然砂三种不同类型细集料进行了性能试验的比照。2.1.配比与级配排水沥青混合料组成配比级配编号1#2#砂矿

13、粉备注S15032135玄武岩机制砂S23552.566.5天然砂S35332105石灰岩机制砂合成级配级配各级粒径累计通过百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075S110095.165.919.616.113119.27.45.4S210093.668.217.812.512.111.58.76.35.2S3100.090.353.318.414.010.68.36.45.54.322性能匕率漏析070#+TPSSBS+TPSSK口玄武岩机制砂 u天然砂-石灰岩机制砂8 a642o o O工程玄武岩机制砂天然砂石灰岩机制砂70#SBSSK70#SBSSK

14、70#SBSSK油石比，4.84.84.84.84.84.84.64.84.8析漏率,%0.340.340.280.830.60.750.70.80.5空隙率,%20.7520.9920.1420.520.821.220.419.721.5联通空隙率,%12.913.317.315.213.616.9渗水系数，cm/s0.3020.3120.3130.2810.240.26马歇尔强度,KN6.316.056.596.236.156.596.68.137.09动稳定度，次/mm929566006468670792475864740483919767不同砂子的析漏率比拟12Lmz次度定稳动9.31

15、0864200146.6 6.7 9.2 9.86.5SK厂玄武岩机制砂L天然砂I石灰岩机制砂70# + TPSSBS+TPS不同砂子的动稳定度比拟2.3.分析1使用不同类型的砂子，根据析漏试验拐点所确定最正确沥青油石比根本为 4.8%;天然砂的级配连续性较好，规格上较细，故空隙特征较好，联通空隙增加, 但也会导致析漏量增加，需要减小最正确油石比，防止细砂和沥青出现明显析漏。2石灰岩机制砂后，并没有预期的较好的吸油的效果。最正确沥青用量不仅略有减小，且析漏量增加，其他技术指标也没有见明显优势， 故不推荐使用石灰岩机制砂3东南大学的试验也说明，采用石灰岩方案的最正确油石比只有 4.6%，析漏 损

16、失较高；对于使用天然砂方案，在油石比拟大时，析漏损失要明显大于玄武岩。4相对而言，玄武岩机制砂强度高，抗磨性能好；但从级配上看，该砂有 些偏粗。3.不同级配的比照结果为优化排水性沥青混合料目标配合比设计方案， 在目标设计空隙率根本一致 的条件下，对不同级配的排水沥青混合料性能进行了比照实验。3.1.配比与级配级配编号1#2#砂矿粉备注T15032135玄武岩机制砂T23549115玄武岩机制砂T36516145玄武岩机制砂排水沥青混合料组成配比3.2.性能9 8 7 6 54 4 4 4 4 W比石油佳最4.84.84.864.74.64.7.级配T1级配T21级配T370#+ TPSSBS+

17、TPSSK工程级配T1级配T2级配T370#SBSSK70 #SBSSK70#SBSSK油石比，4.84.84.84.74.74.74.64.64.8析漏率,%0.340.340.280.510.50.30.8空隙率,%20.7520.9920.1420.220.521.218.919.720.4联通空隙率,%13.514.214.8渗水系数，cm/s0.3020.3120.313马歇尔强度,KN6.316.056.595.766.16.535.947.017.46动稳定度，次/mm929566006468584589437595不同级配的最正确油石比比拟0 8 6 4 2 01mm/次vk(

18、度定稳动不同级配的析漏率比拟86 4-20 0 0 0 色率漏析9.36.55.86.6 6.58.9SK70# + TPSSBS+TPS不同级配的动稳定度比拟3.3.分析1级配T2与级配T3均存在最正确沥青用量减少，析漏量有所增大的问题，故 不推荐选用；不同级配之间的其他技术指标没有见明显差异。2试验结果说明，如果级配过粗，9.5mm通过率过高，那么空隙特征会变 好，但会损失混合料的强度性能，造成飞散损失增大，稳定度、劈裂强度和动稳 定度等强度指标下降；如果粗集料中 4.759.5mm局部颗粒含量较多，会造成混 合料级配偏细，虽然强度特性会变好，但可能会导致空隙特征变差，排水效率降 低。4.

19、 掺加消石灰的性能影响为优化排水性沥青混合料目标配合比设计方案，提高排水性沥青路面性能， 因此考虑掺加消石灰的方案，对掺加与不掺消石灰的沥青混合料性能进行了路用 性能的比拟。由于消石灰的细度较大，最正确沥青用量会提高，因此空隙率会降低，在级配 上需要将细集料有所减少。4.1.配比与级配排水沥青混合料组成配比材料1#2#砂矿粉消石灰备注L050321350玄武岩机制砂L152321132.0玄武岩机制砂合成级配级配各级粒径累计通过百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075L010095.165.919.616.113119.27.45.4L1100.090.5

20、54.219.415.111.08.67.06.25.242性能工程不掺加消石灰掺加消石灰70#SBSSK70#SBSSK油石比,%4.84.84.84.855.2析漏率,%0.780.751.260.750.30.41空隙率,%20.7520.9920.1419.420.119.6联通空隙率，%13.513.312.7渗水系数,cm/s0.3020.3120.3130.3030.2580.319马歇尔强度,KN6.316.056.597.748.118.37动稳定度，次/mm92956600646810920111841055270#+ TPS SBS+TPSSK不掺加消石灰-掺加消石灰4-

21、2-0-865 5 5 4 4色比石油佳最不同方案的最正确油石比比拟4412G4-20 0 0 0 色率漏析.78 0.750.7570# + TPS0.3SBS+TPS1.26不掺加消石灰n 4 d口掺加消石灰U.4ISK不同方案的析漏率比拟Lmz次vK(度定稳动12108642010.911.2SBS+TPSSK.不掺加消石灰J掺加消石灰9.370# + TPS不同方案的动稳定度比拟4.3.分析1从试验结果见，掺加消石灰后，排水性沥青混合料最正确沥青用量明显增 大，而且析漏量有较大幅度减少。2掺加消石灰后排水性沥青混合料马歇尔稳定度、动稳定度明显增加。因此，根据实验室内的研究成果，可以考虑

22、掺加消石灰的设计方案， 但要控 制好消石灰的原材料质量，并有可靠的掺加工艺。5. 不同配合比设计方案的比拟首先初步筛选出几个的性能较好的排水性沥青混合料目标配合比设计方案, 然后在对这些设计方案进行路用性能比拟。5.1.配比方案排水沥青混合料组成配比级配编号1#2#砂矿粉消石灰备注G15132125、.一【、J r r 玄武岩G252321132.0、.一【、J r r 玄武岩SE15826.5114.5、.一【、J r r 玄武岩D159.825.79.94.6、.一【、J r r 玄武岩D259.825.79.94.6石灰岩砂D360.5268.94.6天然砂52性能比拟70#+TPS沥青

23、的不同配合比方案性能比拟工程G1G2SE1D1D2D3油石比,%4.84.84.84.855析漏率,%0.780.751.131.140.72*0.19*空隙率,%20.7519.421.120.921.621.1联通空隙率，%13.51514渗水系数，cm/s0.3020.3030.2780.239马歇尔强度,KN6.317.745.696.014.665.3动稳定度，次/mm9295109208434653870586533注：表中E1与D1为公路所验证数据； D1原设计为5.0%，析漏量为1.27%; D2与D3 析漏量试验条件与现行标准不同 ,按我国标准为1.52%和1.68%，析漏量

24、过大见下列图，因 此其他性能验证试验将最正确油石比调整4.8%和4.7%。严重的析漏SBS+TPS沥青的不同配合比方案性能比拟工程G1G2SE1油石比，4.854.8析漏率，0.750.31.07空隙率，20.9920.120.5联通空隙率， :13.3渗水系数,cm/s0.3120.258马歇尔强度,KN6.058.115.45动稳定度，次/mm6600111846097SK沥青的不同配合比方案性能比拟工程G1G2SE1油石比，4.85.24.8析漏率，1.260.411.18空隙率，20.1419.620.3联通空隙率，12.7渗水系数，cm/s0.3130.319马歇尔强度，KN6.59

25、8.375.6动稳定度，次/mm64681055205.3.分析1根据上述试验结果可见，配合比设计方案 G1与G2力学强度较好，析漏率较低，尤其是掺加消石灰后；配合比设计方案D3采用天然砂，根据级配推断应有较好的空隙特征，但设计油石比为5.0%，析漏量很大，因此试验条件得到的联通空隙率只有11.5%，渗水系数只有0.19cm/s,需要降低最正确油石比。级配 SE1、D1性能与G1根本一致。2对于相同级配的方案，采用不同的改性沥青方案时，沥青混合料的性能 差异不大；但掺加消石灰后，最正确沥青用量有一定增大，析漏量明显减少。6. 考虑热料仓筛分作用后的目标配合比为更准确地确定冷料配比，考虑热料仓筛

26、分作用，对2#料4.75mm以下和4#料2.36mm以上的局部进行了筛除，对目标配合比设计方案进行调整，试验 结果如下。6.1.推荐配比与合成级配排水沥青混合料组成配比材料1#2#砂矿粉油石比比例55291154.6合成级配级配各级粒径累计通过百分率1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075S1100.090.051.616.316.111.69.07.26.24.962性能对上述配比方案的排水性沥青混合料进行性能检验，结果见下表，此设计方案的排水性沥青混合料性能也完全满足相应的技术要求。排水沥青混合料目标配比的性能检验工程SBS+8%TPS70#+12%TPS技术要求油石比,%4.74.6析漏率,%0.580.76 0.15马歇尔强度,KN6.575.97 4.0浸水马歇尔强度,KN残留稳定度 80劈裂强度，MPa0.5330.623冻融劈裂强度，MPa0.4970.494TSR,%93.279.3 70标准飞散损失，9.310.4 20浸水飞散损失， 45007. 排水性沥青混合料的级配范围我国新技术标准提出的